专利名称：一种半穿透半反射型光学组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学薄膜，尤其涉及一种应用于薄膜晶体管液晶显示器的半穿透 半反射型光学薄膜。
背景技术：
在现有的液晶显示器中，因液晶本身并不是自发光材料，通常需要借助于外部光 源来使液晶显示器的液晶面板发光，从而在屏幕上显示图像或画面。从光源的角度来看，往 往可划分为穿透型和反射型两种。具体而言，对于穿透型来说，主要是将背光模块设置于液 晶面板的后方，从背光模块中的光源发出的光经过一层或多层光学薄膜后，透过面板并传 递至人眼；对于反射型来说，在液晶面板内部或后方设置反射层，当液晶面板前方的光源入 射并到达反射层后，该反射层将入射的光反射回液晶面板，并经由液晶面板传递至人眼。此外，结合液晶显示器架构中穿透型和反射型的光路设计，还产生了一种半穿透 半反射式(transflective)的光学组件。顾名思义，入射到该光学组件的光，一部分可以穿 过并透射出光学组件，另一部分可以在光学组件的入射表面进行反射。典型地，液晶显示器 中的半穿透半反射组件既可以设置在液晶面板内(也可称为In-cell型)，也可以设置在背 光模块内(也可称为In-BLU，Backlight Unit)。相比之下，In-BLU型设计可以将半穿透半 反射光学膜片设置于背光模块中，从而极大地简化液晶面板制程的复杂程度。但是，在当前 的半穿透半反射光学膜片中，由于膜片材料本身的光学特性，其穿透率与反射率是彼此相 关的数值，也就是说，若提高反射率就必定会降低穿透率。如此一来，倘若让液晶面板保持 相同的亮度，就不得不增加更多光源和消耗更多的能量。有鉴于此，如何设计出一种新型的半穿透半反射型光学组件，以尽可能地提升整 个架构的能量利用效率，是业内技术人员亟需解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中半穿透半反射型光学膜片所存在的上述设计缺陷，本发明提供了 一种新型的半穿透半反射型光学组件。根据本发明的一个方面，提供了一种半穿透半反射型光学组件，它至少包括第一 反射式偏光片、1/4波长相位延迟板和第二反射式偏光片。其中，1/4波长相位延迟板被设 置在第一反射式偏光片与第二反射式偏光片之间。第一反射式偏光片，用于反射一部分光 以及透射另一部分光，这里的一部分光处于第一偏振状态，另一部分光处于第二偏振状态。 1/4波长相位延迟板，具有第一轴和第二轴，从第一轴和第二轴出射的光与入射光的相位差 为1/4波长。第二反射式偏光片，用于将第三偏振状态的光反射回1/4波长相位延迟板以 及将第四偏振状态的光透射出第二反射式偏光片。优选地，第一反射式偏光片和第二反射式偏光片是3M公司制造的DBEF (Dual Brightness Enhancement Film,反身寸式增亮膜)。优选地，第一反射式偏光片或第二反射式偏光片具有一穿透轴和一反射轴，并且第一偏振状态和第三偏振状态对应于反射轴，第二偏振状态和第四偏振状态对应于穿透 轴O依据本发明一实施例，在第一反射式偏光片上方设置一下偏光片(rear polarizer)，第一反射式偏光片的穿透轴方向与下偏光片的穿透轴方向相同。依据本发明 另一实施例，一背光模块位于第二反射式偏光片的下方，并且第二反射式偏光片的穿透轴 方向与背光模块的光源偏极态的最佳方向相同。
优选地，第一反射式偏光片和第二反射式偏光片其中之一的穿透轴方向与所述 1/4波长相位延迟板之间的夹角为45度。较佳地，第一反射式偏光片和第二反射式偏光片 的穿透轴方向与1/4波长相位延迟板之间的夹角均为45度。较佳地，1/4波长相位延迟板 的第一轴与第一反射式偏光片或第二反射式偏光片的穿透轴之间的夹角为0度 180度之 间的任一角度。采用本发明的半穿透半反射型光学组件，无论是来自液晶面板前方的光源入射到 该光学组件，还是来自背光模块中的光源入射到该光学组件，都可以显著地降低穿透时的 能量损失。此外，利用两层反射式偏光片以及嵌插于两偏光片间的1/4波长相位延迟板，可 以有效地提升整体架构的穿透率和反射率。
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式
以后，将会更清楚地了解本发明的 各个方面。其中，图1示意性地说明依据本发明的一实施例，半穿透半反射型光学组件的结构简 图；图2示出当光源从外部入射到图1中的半穿透半反射型光学组件的光路示意图； 以及图3示出当光源从背光模块入射到图1中的半穿透半反射型光学组件时的光路示 意图。
具体实施例方式下面参照附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。图1示意性地说明依据本发明的一实施例，半穿透半反射型光学组件的结构简 图。参照图1，用于描述本发明的光学原理的整体架构包括下偏光片10、半穿透半反射型光 学组件12和背光模块14。其中，半穿透半反射型光学组件12位于下偏光片10和背光模块 14之间。这样，无论是光源从下偏光片10的上方入射到该半穿透半反射型光学组件12，还 是光源从背光模块14的下方入射到该半穿透半反射型光学组件12，都可以借助于该光学 组件获得更高的能量利用效率。更为详细地，图1虚线框所示的半穿透半反射型光学组件12主要包括两个反射式 偏光片121和125以及1/4波长相位延迟板，并且此波长相位延迟板设置在反射式偏光片 121和反射式偏光片125之间。优选地，反射式偏光片121和反射式偏光片125均是3M公 司制造的 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film，反射式增亮膜)。为便于描述，不妨将反射式偏光片121称为第一偏光片，反射式偏光片125称为第二偏光片。本领域的普通技术人员应当理解，当光源入射至光学组件12的方向不同时，第 一偏光片和第二偏光片是可以相互转换的。例如，当光源来自于背光模块14时，第一偏光 片为反射式偏光片125，第二偏光片为反射式偏光片121。在这两个DBEF中，各具有一穿透 轴和一反射轴，符合穿透轴方向的光可以透过DBEF，而符合反射轴方向的光可以在DBEF的 表面上发生反射。具体到本发明的光学组件12，第一偏光片用来反射处于一偏振状态的一 部分光，并透射处于另一偏振状态的另一部分光，这里的偏振状态分别与穿透轴方向和反 射轴方向相对应。然后，从第一偏光片出射的光会传递到1/4波长相位延迟板，并将入射到 波长相位延迟板的线偏振光转换为圆偏振光，最后，该圆偏振光入射至第二偏光片时，第二 偏光片将符合其穿透轴方向的部分光透射并传递至背光模块14，而将符合其反射轴方向的 部分光反射回1/4波长相位延迟板。为了清楚地说明基于光学组件12所实现的光学路径，图2示出当光源从外部入射 到图1中的半穿透半反射型光学组件12的光路示意图。图2中的光路依次用Si、S2、S3 等标记表示，从图中可以看出，当光源从外部经下偏光片10入射到光学组件12 (箭头Sl所 示)，即第一偏光片121时，符合第一偏光片121的穿透轴方向的光以线偏振光的形式传递 至1/4波长相位延迟板123 (箭头S2所示)，在1/4波长相位延迟板123中，线偏振光被转 换成圆偏振光，随后，该圆偏振光从波长相位延迟板123出射并传递至第二偏光片(箭头S3 所示)，此时，所接收的圆偏振光又会被第二偏光片分解为两路线偏振光，符合第二偏光片 的穿透轴方向的其中一路线偏振光穿透并在背光模块14中重新分配偏极态(箭头S4-1所 示)，符合第二偏光片的反射轴方向的另一路线偏振光反射回1/4波长相位延迟板(箭头 S4-2)。接着，1/4波长相位延迟板123将接收的线偏振光转换成圆偏振光或椭圆偏振光，并 传递至第一偏光片(箭头S5所示)，第一偏光片又将其分解成两路线偏振光，一路穿透该 第一偏光片并入射至下偏光片10 (箭头S6-2所示)，另一路在第一偏光片的表面上发生反 射并传向1/4波长相位延迟板(箭头S6-1所示)，再由1/4波长相位延迟板传递到第二偏 光片(箭头S7所示)，如此循环下去。本领域的普通技术人员应当理解，可以将第一偏光片 121的穿透轴方向与下偏光片10的穿透轴方向设置为相同，从而使出射的光获取最大的穿 透效率。类似地，图3示出当光源从背光模块14入射到图1中的半穿透半反射型光学组 件12时的光路示意图。当光源从背光模块14入射至半穿透半反射型光学组件12，即第二 偏光片125时(箭头Sl所示)，符合第二偏光片的穿透轴方向的光穿透并以线偏振光的形 式传递至1/4波长相位延迟板123 (箭头S2所示)，接着，线偏振光经由1/4波长相位延迟 板123转换为圆偏振光，该圆偏振光被传递至第一偏光片121 (箭头S3所示)，并被第一偏 光片121分解为两路线偏振光，其中，符合第一偏光片121的穿透轴方向的一路线偏振光 穿透并入射至下偏光片10 (箭头S4-1所示)，另一路线偏振光反射回1/4波长相位延迟板 123 (箭头S4-2所示)。然后，波长相位延迟板将所线偏振光传递至第二偏光片125 (箭头 S5所示)，然后分解为两分支路径(箭头S6-1和S6-2所示)，最后，波长相位延迟板123将 线偏振光转换为圆偏振光或椭圆偏振光，并传送至第一偏光片121(箭头S7所示)。本领域 的普通技术人员也应当理解，可以将第二偏光片的穿透轴方向与背光模块14的光源偏极 态的最佳方向设置为相同，从而使入射的光获取最大的穿透效率。此外，在图1至图3所示的半穿透半反射型光学组件12中，1/4波长相位延迟板123具有一快轴和一慢轴，沿该快轴和慢轴方向出射的光与入射光之间的相位差为1/4波 长。实验表明，1/4波长相位延迟板123的快轴与两个反射式偏光片(第一偏光片121和第 二偏光片125)的穿透轴之间的夹角与能量的利用效率有关。在本发明的一实施例中，第一偏光片121的穿透轴方向搭配下偏光片10的穿透轴 方向设计，与面板长轴的夹角为135度，第二偏光片125的穿透轴方向也为135度。此时， 1/4波长相位延迟板的快轴与第一偏光片和第二偏光片的穿透轴之间的夹角均为45度，以 将线偏振光转换为椭圆偏振光。在本发明的另一实施例中，与上述实施例类似，当1/4波长相位延迟板的快轴与 其中一个反射式偏光片(如DBEF)穿透轴的夹角不是45度，但仍然与另一个反射式偏光片 穿透轴的夹角维持45度，其能量分布仍为穿透率与反射率相等。如表1所示。表 1 在本发明的又一实施例中，1/4波长相位延迟板的快轴方向与两个反射式偏光片 的穿透轴的夹角都不为45度时，由于椭圆偏振光在反射式偏光片的穿透轴方向与反射轴 方向的分量不同，所以整体架构上会产生不同的穿透率与反射率，如表2所示，然而这却可 获得穿透率与反射率之间的不同比值。表2 在上面的表1和表2中，RBLU表示背光模块14的反射率，DBEF Ist表示第一偏光 片，1/4 λ plate表示1/4波长相位延迟板，DBEF2nd表示第二偏光片，T表示穿透率，R表示 反射率。采用本发明的半穿透半反射型光学组件，无论是来自液晶面板前方的光源入射到 该光学组件，还是来自背光模块中的光源入射到该光学组件，都可以显著地降低穿透时的 能量损失。此外，利用两层反射式偏光片以及嵌插于两偏光片间的1/4波长相位延迟板，可 以有效地提升整体架构的穿透率和反射率。上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式
。但是，本领域中的普通技术人员 能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式
作各 种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
权利要求
一种半穿透半反射型光学组件，其特征在于，所述半穿透半反射的光学组件包括第一反射式偏光片，用于反射一部分光以及透射另一部分光，其中所述一部分光处于第一偏振状态，所述另一部分光处于第二偏振状态；1/4波长相位延迟板，具有第一轴和第二轴，从第一轴和第二轴出射的光与入射光的相位差为1/4波长，所述1/4波长相位延迟板接收从所述第一反射式偏光片透射的光；以及第二反射式偏光片，用于将处于第三偏振状态的光反射回所述1/4波长相位延迟板以及将处于第四偏振状态的光透射出所述第二反射式偏光片，其中，所述1/4波长相位延迟板被设置在所述第一反射式偏光片与所述第二反射式偏光片之间。
2.如权利要求1所述的半穿透半反射型光学组件，其特征在于，所述第一反射式偏光 片和第二反射式偏光片是3M公司制造的DBEF(Dual Brightness Enhancement Film，反射 式增亮膜)。
3.如权利要求1所述的半穿透半反射型光学组件，其特征在于，所述第一反射式偏光 片或第二反射式偏光片具有一穿透轴和一反射轴，并且所述第一偏振状态和第三偏振状态 对应于所述反射轴，所述第二偏振状态和第四偏振状态对应于所述穿透轴。
4.如权利要求1所述的半穿透半反射型光学组件，其特征在于，在所述第一反射式偏 光片上方设置一下偏光片(rear polarizer)，所述第一反射式偏光片的穿透轴方向与所述 下偏光片的穿透轴方向相同。
5.如权利要求1所述的半穿透半反射型光学组件，其特征在于，一背光模块位于所述 第二反射式偏光片的下方，并且所述第二反射式偏光片的穿透轴方向与所述背光模块的光 源偏极态的最佳方向相同。
6.如权利要求1所述的半穿透半反射型光学组件，其特征在于，所述第一反射式偏光 片和第二反射式偏光片其中之一的穿透轴方向与所述1/4波长相位延迟板之间的夹角为 45度。
7.如权利要求6所述的半穿透半反射型光学组件，其特征在于，所述第一反射式偏光 片和第二反射式偏光片的穿透轴方向与所述1/4波长相位延迟板之间的夹角均为45度。
8.如权利要求6所述的半穿透半反射型光学组件，其特征在于，所述1/4波长相位延迟 板的第一轴与所述第一反射式偏光片或第二反射式偏光片的穿透轴之间的夹角为O度 180度之间的任一角度。
全文摘要
本发明提供了一种半穿透半反射型光学组件，包括第一反射式偏光片，用于反射一部分光以及透射另一部分光；1/4波长相位延迟板，具有第一轴和第二轴，从第一轴和第二轴出射的光与入射光的相位差为1/4波长；以及第二反射式偏光片，用于将一部分光反射回1/4波长相位延迟板以及将另一部分光透射出第二反射式偏光片，其中，1/4波长相位延迟板置于两反射式偏光片之间。采用本发明的光学组件，无论是来自液晶面板前方的光源入射到该光学组件，还是来自背光模块中的光源入射到该光学组件，都可以显著地降低穿透时的能量损失。此外，利用两层反射式偏光片以及嵌插于二者间的1/4波长相位延迟板，可以有效地提升整体架构的穿透率和反射率。
文档编号G02F1/13363GK101846852SQ201010194090
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者梅光华 申请人:友达光电股份有限公司